الجاذبية الأرضية.. ذلك السر الكبير

العلماء يجاهدون لفهمها

الجاذبية الأرضية.. ذلك السر الكبير
TT

الجاذبية الأرضية.. ذلك السر الكبير

الجاذبية الأرضية.. ذلك السر الكبير

بعد فترة ليست طويلة من قصف مدينتي نغازاكي وهيروشيما بالقنابل الذرية، وبينما كان العالم يحسب الف حساب لشبح الطاقة النووية هذه، كان رجل أعمال يدعى روجر بابسون مهتما بقوة أخرى من قوى الطبيعة، تدعى الجاذبية.

* الجاذبية المدمرة
لقد مضت 55 سنة على غرق شقيقته في نهر أنسكوام بغلوستر في ولاية ماساتشوستس بأميركا، عندما قامت قوة الجاذبية، كما يصف ذلك بابسون: «بالإمساك بها كالوحش الكاسر وجرها إلى الأعماق». وفي وقت لاحق، أخذ هذا الوحش حفيده أيضا إلى مصيره القاتم، بينما كان يحاول إنقاذ صديقه خلال رحلة بحرية مأساوية.
إذن، لا بد من عمل ما، و«لا بد أيضا من اكتشاف (عازل) ولو جزئي يمكن استخدامه لإنقاذ الملايين من الأرواح، ومنع مثل هذه الحوادث»، كما كتب بابسون في بيان له: «فالجاذبية هي عدونا رقم واحد». وفي عام 1949، معولا على ثروته الكبيرة، بدأ بتأسيس مؤسسة تعنى بأبحاث الجاذبية، وشرع يوزع جوائز نقدية سنوية لمكافأة أفضل أصحاب الأفكار الجديدة، بغية إيلاء المسألة مزيدا من الاهتمام.
لكن كل الأفكار انتهت إلى الفشل الذريع. وفي الوقت الذي جرى فيه الإعلان عن جوائز العام الحالي في الشهر الماضي، لم تعد المؤسسة تأمل التغلب على الجاذبية، لأنها تشكل أحد أركان الزمن الفضائي. ولفهم هذه المسألة أكثر، فالذي ابتدئ به كمسعى صعب، أخذ يتحول إلى مسعى طبيعي. وعلى مر السنين شملت قائمة الفائزين بالجوائز أشخاصا من أمثال ستيفن هوكنغ، فريمان دايسون، روجر بنروز، ومارتن ريس.

* قوى الطبيعة
وعبر نظريته النسبية العامة، وصف أينشتاين الجاذبية بأناقة وبعبارات منمقة لم يتمكن أحد من المجيء بأفضل منها. فكتلة مثل الشمس، تجعل الكون ينثني جاعلا الكتل الأخرى الأصغر حجما مثل الكواكب تتجه إليها.
لكن المشكلة هي أنه قد جرى وصف القوى الثلاث الأخرى في الطبيعة بأسلوب مختلف تماما، عن طريق ميكانيكا الكم. ففي هذا النظام، يجري نقل القوى عبر الأجزاء، والفوتونات (وحدات الكم الضوئي) التي هي أفضل مثال مألوف، هي الحاملة للضوء. وبالنسبة إلى الكثير من العلماء، فإن الجائزة النهائية هي إثبات أن الجاذبية يجري حملها عن طريق الـ«غرافيتون» graviton (الاسم كما نرى مأخوذ من كلمة الجاذبية gravity)، مما يجعلها تتناغم بدقة مع بقية هذه الآليات.
وظلت هذه المعضلات عصية لا تقهر، تماما كحلم بابسون القديم. لكن بعد مضى قرن تقريبا من التجارب، كان أفضل ما جاء به علم الفيزياء هو نظرية الأوتار الفائقة المتسقة superstring theory، لكنها ربما هي هيكل أجوف من الرياضيات التي تعتمد على وجود أبعاد أخرى توحي بأن كوننا هذا هو واحد من أكوان كثيرة، كل منها غير معروف للآخر.
ورغم كل الإنجازات التي حققها الإنسان، فقد نغفر له أنه قد وصل إلى نهاية مسدودة فيما يخص مسعاه هذا، لكن الطبيعة البشرية ترغمنا على الاستمرار. فالجائزة الكبيرة لهذا العام، وقيمتها 4000 دولار، ذهبت إلى لورانس كراوس وفرانك ولزيك. وكان الأخير قد تشارك بجائزة نوبل في عام 2004 لدوره في تطوير القوة النووية الكبيرة التي تمسك بالكواركات معا لتشكل قلوب النوويات.
وثمة أحجية وأشياء غامضة أخرى علينا الاقتناع بها، فقد ظل المنظرون محتارين حول السبب في أن قوى الجاذبية أضعف بكثير من قوى الكهرومغناطيسية. فإذا قمت بإمساك قطعة المغناطيس فوق مشبك معدني للورق، لرأيت المشبك الصغير يحلق إلى الأعلى بعيدا عن جاذبية الأرض. ولشرح ذلك، يعتقد الفيزيائيان ليزا راندال ورامان ساندروم، أن قوى الجاذبية تضعف وتتبدد، لأنها ترشح إلى الكون الموازي أو المحاذي.
بيد أن أحد المنظرين الشباب، الذي يدعى برايس دي وت، هو أحد الذين ساعدوا بابسون على التحرر من التمسك بحلمه في القضاء على مثل هذه القوة الهائلة. ففي كتاب جديد بعنوان «النظرية المثالية» حول النسبية العامة، يبلغنا بيدرو فيريارا العالم في الفيزياء الكونية بجامعة أكسفورد، كيف أن دي وت كان بحاجة إلى دفعة أولية من المال يسدده كجزء من ثمن منزل، هو الذي أرغمه في عام 1953 على الدخول في مسابقات مؤسسة بابسون الخاصة بأبحاث الجاذبية، عن طريق تقرير يظهر أن أي محاولة لاستنباط نظام يقاوم الجاذبية مضيعة للوقت.
وفاز بالجائزة لتصبح المؤسسة أكثر احتراما ومصداقية، وليصبح دي وت بعدها واحدا من أبرز المنظرين في النسبية العامة. لكن ذلك لم يردع بابسون كلية. ففي عام 1962 وبعد قضاء 100 رحلة سياحية بارزة، قضى نحبه في حادثة طائرة بباريس، بعدما قدم هبة بقيمة 5000 دولار لجامعة إيموري في أميركا، مرفقة بنصب مرمري «لتذكير الطلاب بالبركات المقبلة حال التغلب على مشكلة الجاذبية». وقام بنصب تماثيل أخرى مشابهة في أكثر من عشرة حرم جامعية، بما فيها جامعة «تفتس»، حيث يقوم المتخرجون الجدد بشهادة الدكتوراه في الفيزياء الكونية بالانحناء أمامه في مراسم تقتضي إسقاط تفاحة فوق رؤوسهم.

* خدمة «نيويورك تايمز»



«طلاء شمسي» لشحن السيارات الكهربائية

«طلاء شمسي» لشحن السيارات الكهربائية
TT

«طلاء شمسي» لشحن السيارات الكهربائية

«طلاء شمسي» لشحن السيارات الكهربائية

في المستقبل، يمكن تغطية سيارتك الكهربائية بألواح شمسية -ليس فقط على السطح، ولكن في جميع أنحاء الجزء الخارجي من السيارة- بفضل طلاء خاص.

وسواء كنت تقود السيارة أو كانت متوقفة، يمكن لهذا الطلاء الشمسي حصاد الطاقة من الشمس، وتغذيتها مباشرة في بطارية السيارة الكهربائية. وربما يبدو الأمر وكأنه شيء من كتاب خيال علمي، إلا أن الباحثين في شركة «مرسيدس بنز» يعملون بالفعل على جعله حقيقة واقعة.

عجينة لطلاء شمسي

يقول يوشين شميد، المدير الأول لشركة «مستقبل القيادة الكهربائية» Future Electric Drive، للبحث والتطوير في «مرسيدس بنز» الذي يستكشف تقنيات السيارات الكهربائية في مرحلة مبكرة: «نحن ننتج مئات السيارات يومياً، وسطح السيارة مساحة كبيرة جداً. فلماذا لا نستخدمها لحصاد طاقة الشمس؟».

إن المادة الكهروضوئية التي تبحثها شركة مرسيدس تشبه العجينة التي يمكن وضعها على الجزء الخارجي للسيارة. يبلغ سمك الطلاء 5 ميكرومترات فقط (يبلغ متوسط ​​سمك شعرة الإنسان نحو 100 ميكرومتر)، ويزن 50 غراماً لكل متر مربع.

وقود شمسي لآلاف الكيلومترات

في سيارة رياضية متعددة الأغراض SUV متوسطة الحجم، ستشغل العجينة، التي تطلق عليها مرسيدس أيضاً طلاءً شمسياً، نحو 118 قدماً مربعة، ما ينتج طاقة كافية للسفر لمسافة تصل إلى 7456 ميلاً (12000 كم) في السنة. ويشير صانع السيارة إلى أن هذا يمكن أن يتحقق في «ظروف مثالية»؛ وتعتمد كمية الطاقة التي ستحصدها هذه العجينة بالفعل على قوة الشمس وكمية الظل الموجودة.

طلاء مرن لصبغ المنحنيات

ولأن الطلاء الشمسي مرن، فيمكنه أن يتناسب مع المنحنيات، ما يوفر فرصاً أكبر للطاقة الشمسية مقارنة بالألواح الشمسية الزجاجية التي لا يمكن ثنيها، وبالتالي لا يمكن تثبيتها إلا على سقف السيارة أو غطاء المحرك. يُعدّ الطلاء الشمسي جزءاً من طلاء متعدد الخطوات يتضمن المادة الموصلة والعزل والمادة النشطة للطاقة الشمسية ثم الطلاء العلوي لتوفير اللون (يشكل كل ذلك معاً عمق بـ5 ميكرونات).

لن تكون هذه الطبقة العلوية طلاءً قياسياً للسيارات لأنها لا تحتوي على صبغة. بدلاً من ذلك، ستبدو هذه الطبقة أشبه بجناح الفراشة، كما يقول شميد، وستكون مادة شديدة الشفافية مليئة بجسيمات نانوية تعكس الأطوال الموجية من ضوء الشمس. كما يمكن تصميمها لتعكس أطوال موجية محددة، ما يعني أن السيارات الكهربائية يمكن أن تأتي بألوان أخرى.

وسيتم توصيل الطلاء الشمسي أيضاً عن طريق الأسلاك بمحول طاقة يقع بجوار البطارية، الذي سيغذي مباشرة تلك البطارية ذات الجهد العالي.

تأمين أكثر من نصف الوقود

ووفقاً للشركة فإن متوسط سير ​​السائق هو 32 ميلاً (51.5 كم) في اليوم؛ هناك، يمكن تغطية نحو 62 في المائة من هذه الحاجة بالطاقة الشمسية من خلال هذه التكنولوجيا. بالنسبة للسائقين في أماكن مثل لوس أنجليس، يمكن أن يغطي الطلاء الشمسي 100 في المائة من احتياجات القيادة الخاصة بهم. يمكن بعد ذلك استخدام أي طاقة إضافية عبر الشحن ثنائي الاتجاه لتشغيل منزل شخص ما.

على عكس الألواح الشمسية النموذجية، لا يحتوي هذا الطلاء الشمسي على أي معادن أرضية نادرة أو سيليكون أو مواد سامة أخرى. وهذا يجعل إعادة التدوير أسهل. وتبحث «مرسيدس» بالفعل عن كيفية جعل إصلاحه سهلاً وبأسعار معقولة.

يقول شميد: «قد تكون هناك مخاوف من أن سيارتي بها خدش، فمن المحتمل أن لوحة الباب معطلة»، وتابع: «لذا اتخذنا احتياطاتنا، ويمكننا بسهولة القول إن لدينا تدابير مضادة لذلك».

ومع تغطية المركبات الكهربائية بالطلاء الشمسي، لن يكون هناك الكثير من القلق بشأن شبكات الشحن، أو الحاجة إلى قيام الناس بتثبيت أجهزة الشحن في منازلهم. ويقول شميد : «إذا كان من الممكن توليد 50 في المائة أو حتى أكثر من قيادتك السنوية من الشمس مجاناً، فهذه ميزة ضخمة ويمكن أن تساعد في اختراق السوق».

ومع ذلك، فإن حقيقة طلاء سيارتك الكهربائية بالطاقة الشمسية لا تزال على بعد سنوات، ولا تستطيع مرسيدس أن تقول متى قد يتم طرح هذا على طرازاتها، لكنها شركة واثقة من تحقيقها.

* مجلة «فاست كومباني»، خدمات «تريبيون ميديا».

اقرأ أيضاً